Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Shfaq një karusel me tre rrëshqitje njëherësh.Përdorni butonat Previous dhe Next për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë, ose përdorni butonat rrëshqitës në fund për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë.
Ekzistenca e metaleve të emetuara nga rrezatimi i mikrovalës është i diskutueshëm sepse metalet ndizen lehtësisht.Por ajo që është interesante është se studiuesit zbuluan se fenomeni i shkarkimit të harkut ofron një rrugë premtuese për sintezën e nanomaterialeve duke ndarë molekulat.Ky studim po zhvillon një metodë sintetike me një hap, por të përballueshme që kombinon ngrohjen me mikrovalë dhe një hark elektrik për të kthyer vajin e papërpunuar të palmës në nanokarbon magnetik (MNC), i cili mund të konsiderohet si një alternativë e re për prodhimin e vajit të palmës.Ai përfshin sintezën e një mediumi me tel inoks të përhershëm të plagosur (medium dielektrik) dhe ferrocen (katalizator) në kushte pjesërisht inerte.Kjo metodë është demonstruar me sukses për ngrohje në intervalin e temperaturës nga 190,9 në 472,0°C me kohë të ndryshme sinteze (10-20 min).MNC-të e sapo përgatitura treguan sfera me një madhësi mesatare prej 20,38-31,04 nm, një strukturë mezoporoze (SBET: 14,83-151,95 m2/g) dhe një përmbajtje të lartë karboni fiks (52,79-71,24 wt.%), si dhe D dhe G brezat (ID/g) 0,98-0,99.Formimi i majave të reja në spektrin FTIR (522,29–588,48 cm–1) dëshmon në favor të pranisë së përbërjeve FeO në ferrocen.Magnetometrit tregojnë ngopje të lartë të magnetizimit (22,32-26,84 emu/g) në materialet ferromagnetike.Përdorimi i MNC-ve në trajtimin e ujërave të zeza është demonstruar duke vlerësuar kapacitetin e tyre të absorbimit duke përdorur një test adsorbimi blu metilen (MB) në përqendrime të ndryshme nga 5 në 20 ppm.MNC-të e marra në kohën e sintezës (20 min) treguan efikasitetin më të lartë të përthithjes (10.36 mg/g) krahasuar me të tjerët, dhe shkalla e heqjes së bojës MB ishte 87.79%.Prandaj, vlerat e Langmuir nuk janë optimiste në krahasim me vlerat e Freundlich, me R2 që është rreth 0.80, 0.98 dhe 0.99 për MNC-të e sintetizuara përkatësisht në 10 min (MNC10), 15 min (MNC15) dhe 20 min (MNC20).Për rrjedhojë, sistemi i adsorbimit është në një gjendje heterogjene.Prandaj, harku me mikrovalë ofron një metodë premtuese për konvertimin e CPO në MNC, e cila mund të heqë ngjyrat e dëmshme.
Rrezatimi i mikrovalës mund të ngrohë pjesët më të brendshme të materialeve përmes ndërveprimit molekular të fushave elektromagnetike.Kjo përgjigje e mikrovalës është unike në atë që promovon një përgjigje të shpejtë dhe uniforme termike.Kështu, është e mundur të përshpejtohet procesi i ngrohjes dhe të përmirësohen reaksionet kimike2.Në të njëjtën kohë, për shkak të kohës më të shkurtër të reagimit, reaksioni i mikrovalës mund të prodhojë përfundimisht produkte me pastërti të lartë dhe rendiment të lartë3,4.Për shkak të vetive të tij mahnitëse, rrezatimi i mikrovalës lehtëson sintezat interesante të mikrovalës që përdoren në shumë studime, duke përfshirë reaksionet kimike dhe sintezën e nanomaterialeve5,6.Gjatë procesit të ngrohjes, vetitë dielektrike të pranuesit brenda mediumit luajnë një rol vendimtar, pasi krijon një pikë të nxehtë në mjedis, e cila çon në formimin e nanokarboneve me morfologji dhe veti të ndryshme.Një studim nga Omoriyekomwan et al.Prodhimi i nanofibrave të zbrazëta të karbonit nga bërthamat e palmës duke përdorur karbon të aktivizuar dhe azot8.Përveç kësaj, Fu dhe Hamid përcaktuan përdorimin e një katalizatori për prodhimin e karbonit të aktivizuar me fibër palme vaji në një furrë me mikrovalë 350 W9.Prandaj, një qasje e ngjashme mund të përdoret për të kthyer vajin e papërpunuar të palmës në MNC duke futur pastrues të përshtatshëm.
Një fenomen interesant është vërejtur midis rrezatimit mikrovalor dhe metaleve me skaje të mprehta, pika ose parregullsi nënmikroskopike10.Prania e këtyre dy objekteve do të ndikohet nga një hark elektrik ose shkëndijë (zakonisht i referuar si shkarkim hark)11,12.Harku do të nxisë formimin e pikave të nxehta më të lokalizuara dhe do të ndikojë në reagim, duke përmirësuar kështu përbërjen kimike të mjedisit13.Ky fenomen i veçantë dhe interesant ka tërhequr studime të ndryshme si heqja e ndotësve14,15, plasaritja e katranit të biomasës16, piroliza me ndihmën e mikrovalës17,18 dhe sinteza e materialit19,20,21.
Kohët e fundit, nanokarburet si nanotubat e karbonit, nanosferat e karbonit dhe oksidi i reduktuar i grafenit të modifikuar kanë tërhequr vëmendjen për shkak të vetive të tyre.Këto nanokarbure kanë potencial të madh për aplikime që variojnë nga prodhimi i energjisë deri te pastrimi ose dekontaminimi i ujit23.Përveç kësaj, kërkohen veti të shkëlqyera të karbonit, por në të njëjtën kohë kërkohen veti të mira magnetike.Kjo është shumë e dobishme për aplikime shumëfunksionale, duke përfshirë adsorbimin e lartë të joneve metalike dhe ngjyrave në trajtimin e ujërave të zeza, modifikuesit magnetikë në biokarburantet dhe madje edhe absorbuesit e mikrovalëve me efikasitet të lartë24,25,26,27,28.Në të njëjtën kohë, këto karbone kanë një avantazh tjetër, duke përfshirë një rritje në sipërfaqen e zonës aktive të mostrës.
Vitet e fundit, kërkimet mbi materialet magnetike të nanokarbonit kanë qenë në rritje.Në mënyrë tipike, këto nanokarbone magnetike janë materiale shumëfunksionale që përmbajnë materiale magnetike me madhësi nanoz që mund të shkaktojnë reagimin e katalizatorëve të jashtëm, të tilla si fushat e jashtme elektrostatike ose të alternuara magnetike29.Për shkak të vetive të tyre magnetike, nanokarburet magnetike mund të kombinohen me një gamë të gjerë përbërësish aktivë dhe struktura komplekse për imobilizim30.Ndërkohë, nanokarburet magnetike (MNC) tregojnë efikasitet të shkëlqyeshëm në përthithjen e ndotësve nga tretësirat ujore.Përveç kësaj, sipërfaqja e lartë specifike dhe poret e formuara në MNC mund të rrisin kapacitetin e absorbimit31.Ndarësit magnetikë mund të ndajnë MNC-të nga zgjidhjet shumë reaktive, duke i kthyer ato në një sorbent të zbatueshëm dhe të menaxhueshëm32.
Disa studiues kanë demonstruar se nanokarbonet me cilësi të lartë mund të prodhohen duke përdorur vaj palme të papërpunuar33,34.Vaji i palmës, i njohur shkencërisht si Elais Guneensis, konsiderohet të jetë një nga vajrat ushqimorë të rëndësishëm me një prodhim prej rreth 76.55 milionë tonë në vitin 202135. Vaji i papërpunuar i palmës ose CPO përmban një raport të ekuilibruar të acideve yndyrore të pangopura (EFA) dhe acideve yndyrore të ngopura (Autoriteti Monetar i Singaporit).Shumica e hidrokarbureve në CPO janë trigliceride, një glicerid i përbërë nga tre komponentë acetate trigliceride dhe një përbërës glicerine36.Këto hidrokarbure mund të përgjithësohen për shkak të përmbajtjes së tyre të madhe të karbonit, duke i bërë ato pararendës të mundshëm të gjelbër për prodhimin e nanokarbonit37.Sipas literaturës, CNT37,38,39,40, nanosferat e karbonit33,41 dhe grafeni34,42,43 zakonisht sintetizohen duke përdorur vaj palme të papërpunuar ose vaj ushqimor.Këto nanokarbone kanë potencial të madh në aplikime duke filluar nga prodhimi i energjisë deri te pastrimi ose dekontaminimi i ujit.
Sinteza termike si CVD38 ose piroliza33 është bërë një metodë e favorshme për dekompozimin e vajit të palmës.Fatkeqësisht, temperaturat e larta në proces rrisin koston e prodhimit.Prodhimi i materialit të preferuar 44 kërkon procedura të gjata, të lodhshme dhe metoda pastrimi.Megjithatë, nevoja për ndarje fizike dhe çarje është e pamohueshme për shkak të qëndrueshmërisë së mirë të vajit të papërpunuar të palmës në temperatura të larta45.Prandaj, duhen ende temperatura më të larta për të kthyer vajin e papërpunuar të palmës në materiale karbonike.Harku i lëngshëm mund të konsiderohet si potenciali më i mirë dhe metoda e re për sintezën e nanokarbonit magnetik 46 .Kjo qasje siguron energji të drejtpërdrejtë për prekursorët dhe zgjidhjet në gjendje shumë të emocionuara.Një shkarkim i harkut mund të shkaktojë thyerjen e lidhjeve të karbonit në vajin e papërpunuar të palmës.Megjithatë, hapësira e përdorur e elektrodave mund të duhet të plotësojë kërkesa të rrepta, të cilat do të kufizojnë shkallën industriale, kështu që ende duhet të zhvillohet një metodë efikase.
Sipas njohurive tona, kërkimi mbi shkarkimin e harkut duke përdorur mikrovalët si një metodë për sintetizimin e nanokarboneve është i kufizuar.Në të njëjtën kohë, përdorimi i vajit të papërpunuar të palmës si një pararendës nuk është eksploruar plotësisht.Prandaj, ky studim synon të eksplorojë mundësinë e prodhimit të nanokarboneve magnetike nga prekursorët e papërpunuar të vajit të palmës duke përdorur një hark elektrik duke përdorur një furrë me mikrovalë.Bollëku i vajit të palmës duhet të reflektohet në produkte dhe aplikime të reja.Kjo qasje e re për përpunimin e vajit të palmës mund të ndihmojë në nxitjen e sektorit ekonomik dhe të jetë një burim tjetër të ardhurash për prodhuesit e vajit të palmës, veçanërisht të prekura nga plantacionet e vajit të palmës nga fermerët e vegjël.Sipas një studimi të pronarëve të vegjël afrikanë nga Ayompe et al., pronarët e vegjël fitojnë më shumë para vetëm nëse përpunojnë vetë grupe frutash të freskëta dhe shesin vaj palme të papërpunuar në vend që t'ua shesin atë ndërmjetësve, gjë që është një punë e kushtueshme dhe e lodhshme47.Në të njëjtën kohë, një rritje në mbylljet e fabrikave për shkak të COVID-19 ka prekur produktet e aplikimit me bazë vaji të palmës.Është interesante se meqenëse shumica e familjeve kanë akses në furrat me mikrovalë dhe metoda e propozuar në këtë studim mund të konsiderohet e realizueshme dhe e përballueshme, prodhimi MNC mund të konsiderohet si një alternativë ndaj plantacioneve të vajit të palmës në shkallë të vogël.Ndërkohë, në një shkallë më të madhe, kompanitë mund të investojnë në reaktorë të mëdhenj për të prodhuar TNC të mëdha.
Ky studim mbulon kryesisht procesin e sintezës duke përdorur çelik inox si medium dielektrik për kohëzgjatje të ndryshme.Shumica e studimeve të përgjithshme duke përdorur mikrovalë dhe nanokarbone sugjerojnë një kohë të pranueshme sinteze prej 30 minutash ose më shumë33,34.Për të mbështetur një ide praktike të arritshme dhe të realizueshme, ky studim synoi të përftonte MNC me kohë sinteze nën mesataren.Në të njëjtën kohë, studimi paraqet një tablo të gatishmërisë teknologjike të nivelit 3, ndërsa teoria provohet dhe zbatohet në një shkallë laboratorike.Më vonë, MNC-të që rezultuan u karakterizuan nga vetitë e tyre fizike, kimike dhe magnetike.Blu metilen u përdor më pas për të demonstruar kapacitetin e absorbimit të MNC-ve që rezultuan.
Vaji i papërpunuar i palmës u mor nga Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, dhe përdoret si pararendës karboni për sintezë.Në këtë rast, një tel inox me një diametër prej 0,90 mm u përdor si një medium dielektrik.Ferroceni (pastërti 99%), i marrë nga Sigma-Aldrich, SHBA, u zgjodh si katalizator në këtë punë.Blu metilen (Bendosen, 100 g) u përdor më tej për eksperimentet e adsorbimit.
Në këtë studim, një furrë me mikrovalë shtëpiake (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) u shndërrua në një reaktor me mikrovalë.Në pjesën e sipërme të furrës me mikrovalë u bënë tre vrima për hyrjen dhe daljen e gazit dhe një termoelement.Sondat e termoçiftit u izoluan me tuba qeramike dhe u vendosën në të njëjtat kushte për çdo eksperiment për të parandaluar aksidentet.Ndërkohë, një reaktor xhami borosilikat me kapak me tre vrima u përdor për të vendosur mostrat dhe trakenë.Një diagram skematik i një reaktori mikrovalor mund të referohet në figurën plotësuese 1.
Duke përdorur vajin e papërpunuar të palmës si pararendës karboni dhe ferrocenin si katalizator, u sintetizuan nanokarbonet magnetike.Rreth 5% ndaj peshës së katalizatorit të ferrocenit u përgatit me metodën e katalizatorit me slurry.Ferroceni u përzie me 20 ml vaj palme të papërpunuar në 60 rpm për 30 minuta.Përzierja u transferua më pas në një kavanoz alumini dhe një tel inox 30 cm i gjatë u mbështjellë dhe u vendos vertikalisht brenda në kavanoz.Vendoseni enën e aluminit në reaktorin e qelqit dhe sigurojeni mirë brenda furrës me mikrovalë me një kapak qelqi të mbyllur.Azoti u hodh në dhomë 5 minuta para fillimit të reaksionit për të hequr ajrin e padëshiruar nga dhoma.Fuqia e mikrovalës është rritur në 800 W sepse kjo është fuqia maksimale e mikrovalës që mund të mbajë një fillim të mirë të harkut.Prandaj, kjo mund të kontribuojë në krijimin e kushteve të favorshme për reaksione sintetike.Në të njëjtën kohë, ky është gjithashtu një gamë fuqie e përdorur gjerësisht në vat për reaksionet e shkrirjes me mikrovalë48,49.Përzierja u ngroh për 10, 15 ose 20 minuta gjatë reagimit.Pas përfundimit të reaksionit, reaktori dhe mikrovala u ftohën natyrshëm në temperaturën e dhomës.Produkti përfundimtar në kavanozin e aluminit ishte një precipitat i zi me tela spirale.
Precipitati i zi u mblodh dhe u la disa herë në mënyrë alternative me etanol, izopropanol (70%) dhe ujë të distiluar.Pas larjes dhe pastrimit, produkti thahet gjatë natës në 80°C në një furrë konvencionale për të avulluar papastërtitë e padëshiruara.Më pas produkti u mblodh për karakterizim.Mostrat e etiketuara MNC10, MNC15 dhe MNC20 u përdorën për të sintetizuar nanokarbonet magnetike për 10 min, 15 min dhe 20 min.
Vëzhgoni morfologjinë MNC me një mikroskop elektronik skanues me emetim në terren ose FESEM (modeli Zeiss Auriga) me zmadhim 100 deri në 150 kX.Në të njëjtën kohë, përbërja elementare u analizua me spektroskopi me rreze X me shpërndarje energjie (EDS).Analiza EMF u krye në një distancë pune prej 2.8 mm dhe një tension përshpejtues prej 1 kV.Sipërfaqja specifike dhe vlerat e poreve MNC u matën me metodën Brunauer-Emmett-Teller (BET), duke përfshirë izotermën e adsorbimit-desorbimit të N2 në 77 K. Analiza u krye duke përdorur një matës të sipërfaqes model (MICROMERITIC ASAP 2020) .
Kristaliniteti dhe faza e nanokarboneve magnetike u përcaktuan nga difraksioni i pluhurit me rreze X ose XRD (Burker D8 Advance) në λ = 0.154 nm.Difraktogramet u regjistruan midis 2θ = 5 dhe 85° me një shpejtësi skanimi prej 2° min-1.Përveç kësaj, struktura kimike e MNC-ve u hetua duke përdorur spektroskopinë infra të kuqe të transformimit Fourier (FTIR).Analiza u krye duke përdorur një Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 me shpejtësi skanimi që variojnë nga 4000 në 400 cm-1.Në studimin e veçorive strukturore të nanokarboneve magnetike, spektroskopia Raman u krye duke përdorur një lazer të dopuar me neodymium (532 nm) në spektroskopinë U-RAMAN me një objektiv 100X.
Një magnetometër vibrues ose VSM (Seria Lake Shore 7400) u përdor për të matur ngopjen magnetike të oksidit të hekurit në MNC.Është përdorur një fushë magnetike prej rreth 8 kOe dhe janë marrë 200 pikë.
Gjatë studimit të potencialit të MNC-ve si adsorbentë në eksperimentet e adsorbimit, u përdor ngjyra kationike metilen blu (MB).MNC (20 mg) u shtuan në 20 ml të një tretësire ujore të blu metilenit me përqendrime standarde në intervalin 5-20 mg/L50.PH e tretësirës u vendos në një pH neutral prej 7 gjatë gjithë studimit.Tretësira u trazua mekanikisht në 150 rpm dhe 303,15 K në një shaker rrotullues (Lab Companion: SI-300R).MNC-të më pas ndahen duke përdorur një magnet.Përdorni një spektrofotometër të dukshëm me rreze UV (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrofotometer) për të vëzhguar përqendrimin e tretësirës MB para dhe pas eksperimentit të adsorbimit dhe referojuni lakores standarde blu metileni në një gjatësi vale maksimale prej 664 nm.Eksperimenti u përsërit tre herë dhe u dha vlera mesatare.Largimi i MG nga tretësira është llogaritur duke përdorur ekuacionin e përgjithshëm për sasinë e MC të përthithur në ekuilibër qe dhe përqindjen e largimit %.
Eksperimentet mbi izotermën e përthithjes u kryen gjithashtu me përzierjen e përqendrimeve të ndryshme (5-20 mg/l) të tretësirave të MG dhe 20 mg adsorbent në një temperaturë konstante prej 293,15 K. mg për të gjitha MNC-të.
Hekuri dhe karboni magnetik janë studiuar gjerësisht gjatë dekadave të fundit.Këto materiale magnetike me bazë karboni po tërheqin vëmendjen në rritje për shkak të vetive të tyre të shkëlqyera elektromagnetike, duke çuar në aplikime të ndryshme të mundshme teknologjike, kryesisht në pajisjet elektrike dhe trajtimin e ujit.Në këtë studim, nanokarburet u sintetizuan duke plasaritur hidrokarburet në vajin e papërpunuar të palmës duke përdorur një shkarkim mikrovalë.Sinteza u krye në kohë të ndryshme, nga 10 deri në 20 minuta, në një raport fiks (5:1) të prekursorit dhe katalizatorit, duke përdorur një kolektor rryme metalike (SS të përdredhur) dhe pjesërisht inerte (ajri i padëshirueshëm i pastruar me azot në fillimi i eksperimentit).Depozitat karbonike që rezultojnë janë në formën e një pluhuri të ngurtë të zi, siç tregohet në Fig. 2a plotësuese.Rendimentet e karbonit të precipituar ishin afërsisht 5.57%, 8.21% dhe 11.67% në kohët e sintezës përkatësisht 10 minuta, 15 minuta dhe 20 minuta.Ky skenar sugjeron që kohët më të gjata të sintezës kontribuojnë në rendimente më të larta51 - rendimente të ulëta, ka shumë të ngjarë për shkak të kohërave të shkurtra të reagimit dhe aktivitetit të ulët të katalizatorit.
Ndërkohë, një grafik i temperaturës së sintezës kundrejt kohës për nanokarbonet e përftuara mund të referohet në Figurën Suplementare 2b.Temperaturat më të larta të marra për MNC10, MNC15 dhe MNC20 ishin përkatësisht 190.9°C, 434.5°C dhe 472°C.Për çdo kurbë, mund të shihet një pjerrësi e pjerrët, që tregon një rritje të vazhdueshme të temperaturës brenda reaktorit për shkak të nxehtësisë së gjeneruar gjatë harkut metalik.Kjo mund të shihet në 0-2 min, 0-5 min dhe 0-8 min për MNC10, MNC15 dhe MNC20, respektivisht.Pas arritjes së një pike të caktuar, pjerrësia vazhdon të qëndrojë pezull në temperaturën më të lartë, dhe pjerrësia bëhet e moderuar.
Mikroskopi elektronik i skanimit të emetimit në terren (FESEM) u përdor për të vëzhguar topografinë sipërfaqësore të mostrave MNC.Siç tregohet në fig.1, nanokarbonet magnetike kanë një strukturë morfologjike paksa të ndryshme në një kohë të ndryshme sinteze.Imazhet e FESEM MNC10 në fig.1a,b tregojnë se formimi i sferave të karbonit përbëhet nga mikro- dhe nanosfera të ngatërruara dhe të ngjitura për shkak të tensionit të lartë sipërfaqësor.Në të njëjtën kohë, prania e forcave van der Waals çon në grumbullimin e sferave të karbonit52.Rritja e kohës së sintezës rezultoi në madhësi më të vogla dhe një rritje të numrit të sferave për shkak të reaksioneve më të gjata të plasaritjes.Në fig.1c tregon se MNC15 ka një formë sferike pothuajse të përsosur.Megjithatë, sferat e grumbulluara ende mund të formojnë mezopore, të cilat më vonë mund të bëhen vende të mira për adsorbimin blu të metilenit.Me një zmadhim të lartë prej 15,000 herë në Fig. 1d, më shumë sfera karboni mund të shihen të grumbulluara me një madhësi mesatare prej 20.38 nm.
Imazhet FESEM të nanokarboneve të sintetizuara pas 10 min (a, b), 15 min (c, d) dhe 20 min (e–g) me zmadhim 7000 dhe 15000 herë.
Në fig.1e–g MNC20 përshkruan zhvillimin e poreve me sfera të vogla në sipërfaqen e karbonit magnetik dhe ribashkon morfologjinë e karbonit të aktivizuar magnetik53.Poret me diametra dhe gjerësi të ndryshme janë të vendosura rastësisht në sipërfaqen e karbonit magnetik.Prandaj, kjo mund të shpjegojë pse MNC20 tregoi një sipërfaqe më të madhe dhe vëllim pore siç tregohet nga analiza BET, pasi më shumë pore u formuan në sipërfaqen e tij sesa në periudha të tjera sintetike.Mikrografitë e marra me një zmadhim të lartë prej 15,000 herë treguan madhësi grimcash johomogjene dhe forma të parregullta, siç tregohet në Fig. 1g.Kur koha e rritjes u rrit në 20 minuta, u formuan më shumë sfera të grumbulluara.
Është interesante se në të njëjtën zonë u gjetën edhe thekon karboni të përdredhur.Diametri i sferave varionte nga 5,18 në 96,36 nm.Ky formim mund të jetë për shkak të shfaqjes së bërthamave diferenciale, të cilat lehtësohen nga temperatura e lartë dhe mikrovalët.Madhësia e llogaritur e sferës së MNC-ve të përgatitura ishte mesatarisht 20,38 nm për MNC10, 24,80 nm për MNC15 dhe 31,04 nm për MNC20.Shpërndarja e madhësisë së sferave është paraqitur në fig.3.
Figura plotësuese 4 tregon spektrat EDS dhe përmbledhjet e përbërjes elementare të MNC10, MNC15 dhe MNC20, përkatësisht.Sipas spektrit, u vu re se çdo nanokarbon përmban një sasi të ndryshme të C, O dhe Fe.Kjo është për shkak të reaksioneve të ndryshme të oksidimit dhe plasaritjes që ndodhin gjatë kohës shtesë të sintezës.Një sasi e madhe e C besohet se vjen nga pararendësi i karbonit, vaji i papërpunuar i palmës.Ndërkohë, përqindja e ulët e O është për shkak të procesit të oksidimit gjatë sintezës.Në të njëjtën kohë, Fe i atribuohet oksidit të hekurit të depozituar në sipërfaqen e nanokarbonit pas dekompozimit të ferrocenit.Përveç kësaj, Figura plotësuese 5a–c tregon hartëzimin e elementeve MNC10, MNC15 dhe MNC20.Bazuar në hartën themelore, u vu re se Fe është i shpërndarë mirë në sipërfaqen MNC.
Analiza e adsorbimit-desorbimit të azotit jep informacion në lidhje me mekanizmin e përthithjes dhe strukturën poroze të materialit.Izotermat e adsorbimit të N2 dhe grafikët e sipërfaqes MNC BET janë paraqitur në Fig.2. Bazuar në imazhet FESEM, sjellja e adsorbimit pritet të shfaqë një kombinim të strukturave mikroporoze dhe mezoporoze për shkak të grumbullimit.Megjithatë, grafiku në Fig. 2 tregon se adsorbenti i ngjan izotermës së tipit IV dhe lakut të histerezës së tipit H2 të IUPAC55.Ky lloj izotermi është shpesh i ngjashëm me atë të materialeve mezoporoze.Sjellja e adsorbimit të mezoporeve zakonisht përcaktohet nga ndërveprimi i reaksioneve adsorbimi-adsorbimi me molekulat e lëndës së kondensuar.Izotermat e adsorbimit në formë S ose në formë S zakonisht shkaktohen nga adsorbimi me një shtresë shumështresore i ndjekur nga një fenomen në të cilin gazi kondensohet në një fazë të lëngshme në pore në presione nën presionin e ngopjes së lëngut të madh, i njohur si kondensimi i poreve 56. Kondensimi kapilar në pore ndodh në presione relative (p/po) mbi 0.50.Ndërkohë, struktura komplekse e poreve shfaq histerezë të tipit H2, e cila i atribuohet mbylljes ose rrjedhjes së poreve në një gamë të ngushtë poresh.
Parametrat fizikë të sipërfaqes të marra nga testet BET tregohen në tabelën 1. Sipërfaqja e BET dhe vëllimi total i poreve u rritën ndjeshëm me rritjen e kohës së sintezës.Madhësitë mesatare të poreve të MNC10, MNC15 dhe MNC20 janë përkatësisht 7,2779 nm, 7,6275 nm dhe 7,8223 nm.Sipas rekomandimeve të IUPAC, këto pore të ndërmjetme mund të klasifikohen si materiale mezoporoze.Struktura mezoporoze mund ta bëjë blunë metilen më lehtë të depërtueshme dhe të absorbueshme nga MNC57.Koha maksimale e sintezës (MNC20) tregoi sipërfaqen më të lartë, e ndjekur nga MNC15 dhe MNC10.Sipërfaqja më e lartë e BET mund të përmirësojë performancën e përthithjes pasi disponohen më shumë vende surfaktantësh.
Modelet e difraksionit me rreze X të MNC-ve të sintetizuara janë paraqitur në Fig. 3. Në temperatura të larta, ferroceni gjithashtu plasaritet dhe formon oksid hekuri.Në fig.3a tregon modelin XRD të MNC10.Ai tregon dy maja në 2θ, 43.0° dhe 62.32°, të cilat i janë caktuar ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39-1346).Në të njëjtën kohë, Fe3O4 ka një kulm të tendosur në 2θ: 35.27°.Nga ana tjetër, në modelin e difraksionit MHC15 në Fig. 3b tregohen maja të reja, të cilat ka shumë të ngjarë të lidhen me një rritje të temperaturës dhe kohës së sintezës.Megjithëse kulmi 2θ: 26.202° është më pak intensiv, modeli i difraksionit është në përputhje me skedarin JCPDS të grafitit (JCPDS #75–1621), duke treguar praninë e kristaleve të grafitit brenda nanokarbonit.Kjo kulm mungon në MNC10, ndoshta për shkak të temperaturës së ulët të harkut gjatë sintezës.Në 2θ ka tre maja kohore: 30,082°, 35,502°, 57,422° që i atribuohen Fe3O4.Ai gjithashtu tregon dy maja që tregojnë praninë e ɣ-Fe2O3 në 2θ: 43,102° dhe 62,632°.Për MNC të sintetizuara për 20 minuta (MNC20), siç tregohet në Fig. 3c, një model i ngjashëm difraksioni mund të vërehet në MNK15.Pika grafike në 26,382° mund të shihet edhe në MNC20.Tre majat e mprehta të treguara në 2θ: 30,102°, 35,612°, 57,402° janë për Fe3O4.Përveç kësaj, prania e ε-Fe2O3 tregohet në 2θ: 42,972° dhe 62,61.Prania e komponimeve të oksidit të hekurit në MNC-të që rezultojnë mund të ketë një efekt pozitiv në aftësinë për të absorbuar blu metilenin në të ardhmen.
Karakteristikat e lidhjeve kimike në mostrat MNC dhe CPO u përcaktuan nga spektri i reflektimit FTIR në Figurën plotësuese 6. Fillimisht, gjashtë majat e rëndësishme të vajit të papërpunuar të palmës përfaqësonin katër përbërës të ndryshëm kimikë siç përshkruhen në Tabelën Suplementare 1. Majat themelore të identifikuara në CPO janë 2913,81 cm-1, 2840 cm-1 dhe 1463,34 cm-1, të cilat i referohen dridhjeve të shtrirjes së CH të alkaneve dhe grupeve të tjera alifatike CH2 ose CH3.Pylltarët e pikut të identifikuar janë 1740,85 cm-1 dhe 1160,83 cm-1.Pika në 1740,85 cm-1 është një lidhje C=O e shtrirë nga karbonili ester i grupit funksional të triglicerideve.Ndërkohë, kulmi në 1160.83 cm-1 është gjurmë e grupit të esterit të zgjeruar CO58.59.Ndërkohë, kulmi në 813,54 cm-1 është gjurmë e grupit alkane.
Prandaj, disa pika të përthithjes në vajin e papërpunuar të palmës u zhdukën me rritjen e kohës së sintezës.Majat në 2913,81 cm-1 dhe 2840 cm-1 mund të vërehen ende në MNC10, por është interesante se në MNC15 dhe MNC20 majat priren të zhduken për shkak të oksidimit.Ndërkohë, analiza FTIR e nanokarboneve magnetike zbuloi majat e absorbimit të sapoformuara që përfaqësojnë pesë grupe të ndryshme funksionale të MNC10-20.Këto maja janë renditur gjithashtu në Tabelën Plotësuese 1. Pika në 2325,91 cm-1 është shtrirja asimetrike e CH e grupit alifatik CH360.Pika në 1463,34-1443,47 cm-1 tregon përkuljen CH2 dhe CH të grupeve alifatike si vaji i palmës, por kulmi fillon të ulet me kalimin e kohës.Maja në 813,54-875,35 cm-1 është një gjurmë e grupit aromatik CH-alkane.
Ndërkohë, majat në 2101,74 cm-1 dhe 1589,18 cm-1 përfaqësojnë lidhje CC 61 që formojnë përkatësisht unaza alkine C=C dhe aromatike.Një kulm i vogël në 1695,15 cm-1 tregon lidhjen C=O të acidit yndyror të lirë nga grupi karbonil.Përftohet nga karbonili CPO dhe ferroceni gjatë sintezës.Majat e sapoformuara në rangun nga 539,04 deri në 588,48 cm-1 i përkasin lidhjes vibruese Fe-O të ferrocenit.Bazuar në majat e paraqitura në figurën plotësuese 4, mund të shihet se koha e sintezës mund të zvogëlojë disa maja dhe ri-lidhjen në nanokarbonet magnetike.
Analiza spektroskopike e shpërndarjes Raman të nanokarboneve magnetike të marra në kohë të ndryshme të sintezës duke përdorur një lazer incident me një gjatësi vale prej 514 nm është paraqitur në figurën 4. Të gjitha spektrat e MNC10, MNC15 dhe MNC20 përbëhen nga dy breza intensivë të lidhur me karbon të ulët sp3, zakonisht gjendet në kristalitet nanografite me defekte në mënyrat vibruese të specieve të karbonit sp262.Maja e parë, e vendosur në rajonin 1333–1354 cm–1, përfaqëson brezin D, i cili është i pafavorshëm për grafitin ideal dhe korrespondon me çrregullime strukturore dhe papastërti të tjera63,64.Maja e dytë më e rëndësishme rreth 1537-1595 cm-1 lind nga shtrirja e lidhjes në plan ose nga format kristalore dhe të renditura të grafitit.Megjithatë, maja u zhvendos me rreth 10 cm-1 në krahasim me brezin G grafit, duke treguar se MNC-të kanë një renditje të ulët të fletëve dhe një strukturë me defekt.Intensiteti relativ i brezave D dhe G (ID/IG) përdoren për të vlerësuar pastërtinë e kristaliteve dhe mostrave të grafitit.Sipas analizës spektroskopike Raman, të gjitha MNC-të kishin vlera ID/IG në intervalin 0,98-0,99, që tregon defekte strukturore për shkak të hibridizimit të Sp3.Kjo situatë mund të shpjegojë praninë e majave 2θ më pak intensive në spektrat XPA: 26,20° për MNK15 dhe 26,28° për MNK20, siç tregohet në Fig. 4, e cila i është caktuar majës së grafitit në skedarin JCPDS.Raportet ID/IG MNC të marra në këtë punë janë në rangun e nanokarboneve të tjera magnetike, për shembull, 0,85-1,03 për metodën hidrotermale dhe 0,78-0,9665,66 për metodën pirolitike.Prandaj, ky raport tregon se metoda aktuale sintetike mund të përdoret gjerësisht.
Karakteristikat magnetike të MNC-ve u analizuan duke përdorur një magnetometër vibrues.Histereza që rezulton është paraqitur në Fig.5.Si rregull, MNC-të fitojnë magnetizmin e tyre nga ferroceni gjatë sintezës.Këto veti magnetike shtesë mund të rrisin kapacitetin e absorbimit të nanokarboneve në të ardhmen.Siç tregohet në figurën 5, mostrat mund të identifikohen si materiale superparamagnetike.Sipas Wahajuddin & Arora67, gjendja superparamagnetike është që kampioni magnetizohet në magnetizimin e ngopjes (MS) kur aplikohet një fushë magnetike e jashtme.Më vonë, ndërveprimet magnetike të mbetura nuk shfaqen më në mostrat67.Vlen të përmendet se magnetizimi i ngopjes rritet me kohën e sintezës.Është interesante se MNC15 ka ngopjen më të lartë magnetike sepse formimi i fortë magnetik (magnetizimi) mund të shkaktohet nga koha optimale e sintezës në prani të një magneti të jashtëm.Kjo mund të jetë për shkak të pranisë së Fe3O4, i cili ka veti magnetike më të mira në krahasim me oksidet e tjera të hekurit si ɣ-Fe2O.Rendi i momentit të adsorbimit të ngopjes për njësi masë të MNC-ve është MNC15>MNC10>MNC20.Parametrat magnetikë të marrë janë dhënë në tabelë.2.
Vlera minimale e ngopjes magnetike kur përdoren magnete konvencionale në ndarjen magnetike është rreth 16.3 emu g-1.Aftësia e MNC-ve për të hequr ndotësit si ngjyrat në mjedisin ujor dhe lehtësia e largimit të MNC-ve janë bërë faktorë shtesë për nanokarbonet e përftuara.Studimet kanë treguar se ngopja magnetike e LSM konsiderohet të jetë e lartë.Kështu, të gjitha mostrat arritën vlerat e ngopjes magnetike më se të mjaftueshme për procedurën e ndarjes magnetike.
Kohët e fundit, shiritat ose telat metalikë kanë tërhequr vëmendjen si katalizatorë ose dielektrikë në proceset e shkrirjes me mikrovalë.Reaksionet me mikrovalë të metaleve shkaktojnë temperatura të larta ose reaksione brenda reaktorit.Ky studim pretendon se maja dhe teli inox i kondicionuar (i mbështjellë) lehtësojnë shkarkimin e mikrovalës dhe ngrohjen e metaleve.Inox ka vrazhdësi të theksuar në majë, gjë që çon në vlera të larta të densitetit të ngarkesës sipërfaqësore dhe fushës elektrike të jashtme.Kur ngarkesa të ketë fituar energji të mjaftueshme kinetike, grimcat e ngarkuara do të kërcejnë nga çeliku inox, duke shkaktuar jonizimin e mjedisit, duke prodhuar një shkarkesë ose shkëndijë 68 .Shkarkimet metalike japin një kontribut të rëndësishëm në reaksionet e çarjes së tretësirës të shoqëruara nga pika të nxehta me temperaturë të lartë.Sipas hartës së temperaturës në Fig. 2b plotësuese, temperatura rritet me shpejtësi, duke treguar praninë e pikave të nxehta me temperaturë të lartë përveç fenomenit të shkarkimit të fortë.
Në këtë rast, vërehet një efekt termik, pasi elektronet e lidhura dobët mund të lëvizin dhe të përqendrohen në sipërfaqe dhe në majë69.Kur plagoset çeliku inox, sipërfaqja e madhe e metalit në tretësirë ndihmon në nxitjen e rrymave vorbull në sipërfaqen e materialit dhe ruan efektin e ngrohjes.Kjo gjendje ndihmon në mënyrë efektive për të çarë zinxhirët e gjatë të karbonit të CPO dhe ferrocene dhe ferrocene.Siç tregohet në figurën plotësuese 2b, një normë konstante e temperaturës tregon se një efekt ngrohje uniforme vërehet në tretësirë.
Një mekanizëm i propozuar për formimin e MNC-ve është paraqitur në Figurën Suplementare 7. Zinxhirët e gjatë të karbonit të CPO dhe ferrocene fillojnë të plasariten në temperaturë të lartë.Vaji shpërbëhet për të formuar hidrokarbure të ndara që bëhen pararendës karboni të njohur si globula në imazhin FESEM MNC1070.Për shkak të energjisë së mjedisit dhe presionit 71 në kushte atmosferike.Në të njëjtën kohë, ferroceni gjithashtu plasaritet, duke formuar një katalizator nga atomet e karbonit të depozituara në Fe.Më pas ndodh bërthamimi i shpejtë dhe bërthama e karbonit oksidohet për të formuar një shtresë karboni amorfe dhe grafitike në majë të bërthamës.Me rritjen e kohës, madhësia e sferës bëhet më e saktë dhe uniforme.Në të njëjtën kohë, forcat ekzistuese van der Waals çojnë gjithashtu në grumbullimin e sferave52.Gjatë reduktimit të joneve të Fe në Fe3O4 dhe ɣ-Fe2O3 (sipas analizës së fazës me rreze X), në sipërfaqen e nanokarboneve formohen lloje të ndryshme të oksideve të hekurit, gjë që çon në formimin e nanokarboneve magnetike.Harta EDS tregoi se atomet e Fe u shpërndanë fuqishëm mbi sipërfaqen MNC, siç tregohet në figurat plotësuese 5a-c.
Dallimi është se në një kohë sinteze prej 20 minutash, ndodh grumbullimi i karbonit.Ai formon pore më të mëdha në sipërfaqen e MNC-ve, duke sugjeruar që MNC-të mund të konsiderohen si karbon i aktivizuar, siç tregohet në imazhet FESEM në Fig. 1e–g.Ky ndryshim në madhësinë e poreve mund të lidhet me kontributin e oksidit të hekurit nga ferroceni.Në të njëjtën kohë, për shkak të temperaturës së lartë të arritur, ka luspa të deformuara.Nanokarburet magnetike shfaqin morfologji të ndryshme në kohë të ndryshme sinteze.Nanokarburet kanë më shumë gjasa të formojnë forma sferike me kohë sinteze më të shkurtra.Në të njëjtën kohë, poret dhe luspat janë të arritshme, megjithëse diferenca në kohën e sintezës është vetëm brenda 5 minutave.
Nanokarburet magnetike mund të largojnë ndotësit nga mjedisi ujor.Aftësia e tyre për t'u hequr lehtësisht pas përdorimit është një faktor shtesë për përdorimin e nanokarbureve të marra në këtë punë si adsorbentë.Në studimin e vetive të absorbimit të nanokarboneve magnetike, ne hetuam aftësinë e MNC-ve për të çngjyrosur zgjidhjet blu metilen (MB) në 30°C pa ndonjë rregullim të pH.Disa studime kanë arritur në përfundimin se performanca e absorbuesve të karbonit në intervalin e temperaturës 25-40 °C nuk luan një rol të rëndësishëm në përcaktimin e heqjes së MC.Megjithëse vlerat ekstreme të pH luajnë një rol të rëndësishëm, ngarkesat mund të formohen në grupe funksionale sipërfaqësore, gjë që çon në ndërprerjen e ndërveprimit adsorbat-adsorbent dhe ndikon në adsorbimin.Prandaj, kushtet e mësipërme u zgjodhën në këtë studim duke marrë parasysh këto situata dhe nevojën për trajtimin tipik të ujërave të zeza.
Në këtë punë, u krye një eksperiment adsorbimi në grup duke shtuar 20 mg MNCs në 20 ml të një tretësire ujore të blu metilenit me përqendrime të ndryshme standarde fillestare (5-20 ppm) në një kohë kontakti fikse60.Figura plotësuese 8 tregon statusin e përqendrimeve të ndryshme (5-20 ppm) të solucioneve blu metilen para dhe pas trajtimit me MNC10, MNC15 dhe MNC20.Kur përdorni MNC të ndryshme, niveli i ngjyrave të zgjidhjeve MB u ul.Interesante, u zbulua se MNC20 zbardhte lehtësisht zgjidhjet MB në një përqendrim prej 5 ppm.Ndërkohë, MNC20 gjithashtu uli nivelin e ngjyrave të zgjidhjes MB në krahasim me MNC-të e tjera.Spektri i dukshëm UV i MNC10-20 është paraqitur në Figurën Suplementare 9. Ndërkohë, shkalla e largimit dhe informacioni i adsorbimit tregohen në Figurën 9. 6 dhe në tabelën 3, përkatësisht.
Majat e forta blu të metilenit mund të gjenden në 664 nm dhe 600 nm.Si rregull, intensiteti i pikut zvogëlohet gradualisht me uljen e përqendrimit fillestar të tretësirës MG.Në shtesën Fig. 9a tregon spektrat e dukshme UV të solucioneve MB të përqendrimeve të ndryshme pas trajtimit me MNC10, të cilat vetëm pak ndryshoi intensitetin e majave.Nga ana tjetër, majat e përthithjes së solucioneve MB u ulën ndjeshëm pas trajtimit me MNC15 dhe MNC20, siç tregohet përkatësisht në figurat suplementare 9b dhe c.Këto ndryshime shihen qartë kur përqendrimi i tretësirës MG zvogëlohet.Megjithatë, ndryshimet spektrale të arritura nga të tre karbonet magnetike ishin të mjaftueshme për të hequr ngjyrën blu metilen.
Bazuar në tabelën 3, rezultatet për sasinë e MC të adsorbuar dhe përqindjen e MC të adsorbuar janë paraqitur në figurën 3. 6. Adsorbimi i MG u rrit me përdorimin e përqendrimeve fillestare më të larta për të gjitha MNC-të.Ndërkohë, përqindja e adsorbimit ose shkalla e largimit të MB (MBR) tregoi një prirje të kundërt kur përqendrimi fillestar u rrit.Në përqendrime më të ulëta fillestare të MC, vendet aktive të pabanuara mbetën në sipërfaqen e adsorbentit.Me rritjen e përqendrimit të bojës, numri i vendeve aktive të pabanuara të disponueshme për adsorbimin e molekulave të bojës do të ulet.Të tjerë kanë arritur në përfundimin se në këto kushte do të arrihet ngopja e vendeve aktive të biosorbimit72.
Fatkeqësisht për MNC10, MBR u rrit dhe u ul pas 10 ppm të tretësirës MB.Në të njëjtën kohë, vetëm një pjesë shumë e vogël e MG absorbohet.Kjo tregon se 10 ppm është përqendrimi optimal për adsorbimin e MNC10.Për të gjitha MNC-të e studiuara në këtë punim, rendi i kapaciteteve të absorbimit ishte si më poshtë: MNC20 > MNC15 > MNC10, vlerat mesatare ishin 10.36 mg/g, 6.85 mg/g dhe 0.71 mg/g, mesatarja e heqjes së normave të MG. ishte 87, 79%, 62,26% dhe 5,75%.Kështu, MNC20 demonstroi karakteristikat më të mira të absorbimit midis nanokarboneve magnetike të sintetizuara, duke marrë parasysh kapacitetin e absorbimit dhe spektrin e dukshëm UV.Edhe pse kapaciteti i absorbimit është më i ulët në krahasim me nanokarburet e tjera magnetike si përbërja magnetike MWCNT (11.86 mg/g) dhe nanogrimcat nanotube-magnetike të halojzit Fe3O4 (18.44 mg/g), ky studim nuk kërkon përdorimin shtesë të një stimuluesi.Kimikatet veprojnë si katalizatorë.sigurimi i metodave sintetike të pastra dhe të realizueshme73,74.
Siç tregohet nga vlerat SBET të MNC-ve, një sipërfaqe specifike e lartë ofron vende më aktive për adsorbimin e zgjidhjes MB.Kjo po bëhet një nga tiparet themelore të nanokarboneve sintetike.Në të njëjtën kohë, për shkak të madhësisë së vogël të MNC-ve, koha e sintezës është e shkurtër dhe e pranueshme, gjë që korrespondon me cilësitë kryesore të adsorbentëve premtues75.Krahasuar me adsorbentët natyrorë konvencionalë, MNC-të e sintetizuara janë të ngopura magnetikisht dhe mund të hiqen lehtësisht nga tretësira nën veprimin e një fushe magnetike të jashtme76.Kështu, koha e nevojshme për të gjithë procesin e trajtimit zvogëlohet.
Izotermat e adsorbimit janë thelbësore për të kuptuar procesin e përthithjes dhe më pas për të demonstruar se si ndahet adsorbimi midis fazave të lëngëta dhe të ngurta kur arrihet ekuilibri.Ekuacionet Langmuir dhe Freundlich përdoren si ekuacione standarde izotermike, të cilat shpjegojnë mekanizmin e adsorbimit, siç tregohet në figurën 7. Modeli Langmuir tregon mirë formimin e një shtrese të vetme adsorbatuese në sipërfaqen e jashtme të adsorbentit.Izotermat përshkruhen më së miri si sipërfaqe homogjene të adsorbimit.Në të njëjtën kohë, izotermia e Freundlich shpreh më së miri pjesëmarrjen e disa rajoneve adsorbuese dhe energjinë e absorbimit në shtypjen e adsorbatit në një sipërfaqe johomogjene.
Modeli i izotermës për izotermën Langmuir (a-c) dhe izotermën e Freundlich (d-f) për MNC10, MNC15 dhe MNC20.
Izotermat e adsorbimit në përqëndrime të ulëta të lëndës së tretur janë zakonisht lineare77.Paraqitja lineare e modelit izotermik Langmuir mund të shprehet në një ekuacion.1 Përcaktoni parametrat e adsorbimit.
KL (l/mg) është një konstante Langmuir që përfaqëson afinitetin lidhës të MB me MNC.Ndërkohë, qmax është kapaciteti maksimal i absorbimit (mg/g), qe është përqendrimi i përthithur i MC (mg/g), dhe Ce është përqendrimi ekuilibër i tretësirës MC.Shprehja lineare e modelit izotermik Freundlich mund të përshkruhet si më poshtë:
Koha e postimit: Shkurt-16-2023